C. elegans, le le modèle préféré des biologistes

C. elegans, le « couteau suisse » des biologistes

En recherche fondamentale ou appliquée, ce petit ver de moins d’un millimètre est utilisé dans de nombreux laboratoires à travers le monde. Sa simplicité, sa malléabilité et son mode de reproduction en font un modèle idéal pour les biologistes. A Lyon, des neurobiologistes l’utilisent pour leurs recherches, par exemple pour étudier la transmission neuronale.

Il ne paie pas de mine – transparent, à peine un millimètre de long – et vit dans le sol où il se nourrit des bactéries qui prolifèrent sur les débris de plantes en décomposition. Et pourtant, ce ver minuscule est une star internationale. Depuis les années 60, les biologistes ont fait de lui leur modèle préféré, leur couteau suisse pour toutes sortes d’expériences. Chacune des 959 cellules de son organisme a été identifiée. Et en 1998, il est devenu le premier animal dont l’ADN a été entièrement séquencé. J’ai nommé : Caenorhabditis elegans !

Ce nématode au nom latin imprononçable, presque toujours contracté en C. elegans, présente tous les avantages dont un biologiste peut rêver. Un vrai produit pour émission matinale de téléshopping : « Pratique et polyvalent, son utilisation quotidienne ne vous demandera aucun effort. Transparent, il s’adapte parfaitement à toutes vos expériences sous microscope. Son alimentation peut être exclusivement composée de bactéries vous assure un entretien minimal. Son stockage optimal à température ambiante vous permettra de travailler en toute quiétude. Sa croissance et sa reproduction complètes en moins de trois jours vous permettront d’effectuer rapidement toutes sortes d’expériences. Naturellement inoffensif, manipulable à l’œil nu, il changera votre quotidien de chercheur. N’hésitez plus ! Commandez dès maintenant et faites-vous livrer dans votre laboratoire votre première colonie de C. elegans pour moins d’une vingtaine d’euros. »

Pas de femelles, mais des hermaphrodites : bien pratique pour isoler et multiplier une mutation rare !

 

Et encore, ne sont évoquées dans cet argumentaire que quelques-unes de ses qualités. Dans une famille C. elegans, c’est aussi 300 petits pour un parent… Oui, un seul suffit ! En effet, les femelles sont remplacées par des hermaphrodites (des individus capables de produire des ovules et des spermatozoïdes) qui, chez C. elegans,sont capables de se féconder eux-mêmes. On peut trouver ça dégoûtant, mais pour un chercheur en biologie, c’est de l’or dans une boîte de Pétri. Cela signifie qu’un seul ver peut enfanter une nouvelle population. Si l’on veut ainsi isoler et multiplier une mutation rare obtenue sur un individu, pas de croisement compliqué à faire sur plusieurs générations. Il suffit de prendre le mutant, de le mettre seul dans une boîte… et hop ! trois jours après, on a des centaines de petits vers avec la même mutation ! On comprend pourquoi les généticiens l’ont adopté avec enthousiasme.

Mais ils ne sont pas les seuls. C. elegans est utilisé par des milliers de biologistes du monde entier pour étudier des myriades de phénomènes. Pourquoi un tel engouement ? La simplicité relative de notre nématode ne l’empêche pas d’abriter de nombreuses fonctions communes à la quasi-totalité des animaux, dont l’homme : croissance, digestion, vieillissement, mouvement musculaire, signalisation nerveuse, fécondation… Et ce, avec des protéines parfois très proches de celles de l’homme. Le ver sert, par exemple, de modèle dans les recherches sur les maladies d’Alzheimer ou de Parkinson. Il livre de nouvelles informations sur le fonctionnement et les interactions des molécules biologiques. Si deux molécules interagissent d’une certaine manière chez C. elegans et qu’elles existent également chez l’homme, alors il y a de grandes chances qu’elles fonctionnent ensemble chez nous. On peut alors faire des hypothèses crédibles et définir les expériences à mener chez l’homme pour comprendre la question qui nous intéresse et gagner ainsi un temps précieux tout en réduisant la probabilité d’effets nocifs imprévus. C’est ce qui s’est passé avec les nétrines. Ces protéines, qui guident la croissance de certains neurones et jouent un rôle essentiel dans leur régénération, ont été découvertes chez C. elegans et ont été retrouvées aussi chez l’humain où elles assurent la même fonction.

C. elegans (neurones marqués) ©INMGC. elegans peut-il souffrir ?

La question est complexe, et le concept de souffrance est difficile à appliquer à un organisme aussi primitif. Si C. elegans possède des neurones capables de percevoir des signaux de danger, tels que de l’acide ou de la chaleur, il ne possède pas les structures cognitives nécessaires pour se représenter cette douleur. Les questions éthiques liées à l’utilisation de l’animal comme sujet d’expérience et au respect de son bien-être ne se posent pas de la même façon quand on utilise le ver C. elegans ou des animaux sensibles tels que les souris, les rats ou les chiens, sur lesquels les travaux sont très contrôlés et soumis à autorisation. Quand une question de recherche peut être posée chez C. elegans, ce ver offre un système expérimental plus pertinent que des cellules en culture et moins contraignant que l’utilisation de nos cousins mammifères.

 

A l’INMG, à Lyon, deux équipes de chercheurs travaillent actuellement sur C. elegans. Transmission synaptique, signalisation musculaire, vieillissement : les sujets d’étude sont variés et ciblent des mécanismes précis. Ces dernières années, ces équipes ont fait d’importantes découvertes sur la composition des synapses et des récepteurs de la nicotine . Ces découvertes faites grâce aux outils puissants de C. elegans contribuent à notre connaissance du monde vivant et permettent de construire des modèles prédictifs intéressants. Elles constituent des briques essentielles pour construire le palais de la connaissance qui permet à la biologie de progresser et de comprendre le fonctionnement d’autres organismes comme Homo Sapiens et des maladies qui l’affectent.

Les découvertes sur C. elegans ont parfois des applications directes d’envergure. On peut citer le prix Nobel de médecine de 2002 qui a récompensé la découverte, grâce au modèle de C. elegans, des mécanismes élémentaires de l’apoptose, le suicide cellulaire par mort programmée des cellules, essentielle au fonctionnement normal du corps humain et dont les perturbations peuvent conduire au cancer ou à des maladies neuro-dégénératives.

A l’INMG, à Lyon, deux équipes de chercheurs travaillent sur C. elegans.A l’INMG, des travaux sur l’adaptation à l’extrême contraction du muscle

Une de nos équipes mène actuellement des recherches sur les mécanismes cellulaires qui permettent à certains vers de continuer à se déplacer malgré la contraction extrême de leur muscle. C’est un fait que nous connaissons bien : garder un muscle contracté longtemps est douloureux et impossible au-delà d’un certain seuil. Cependant, certains vers présentant une mutation qui diminue l’intensité de leur connexion entre le nerf et le muscle sont capables de rester contractés presque indéfiniment et même de se remettre à bouger tout en étant contractés ! Que se passe-t-il chez eux ? Les implications sont multiples pour découvrir de nouvelles facettes du fonctionnement musculaire et de leurs altérations dans des maladies neuromusculaires.

Bibliographie

A transmembrane protein required for acetylcholine receptor clustering in Caenorhabditis elegans. Gally C, Eimer S, Richmond JE, Bessereau JL Nature (2004) 30:578-82. C. elegans Punctin specifies cholinergic versus GABAergic identity of postsynaptic domains. Pinan-Lucarré B, Tu H, Pierron M, Cruceyra PI, Zhan H, Stigloher C, Richmond JE, Bessereau JL. Nature (2014) 511:466-70

A secreted complement-control-related protein ensures acetylcholine receptor clustering. Gendrel M, Rapti G, Richmond JE, Bessereau JL. Nature (2009) 15:992-6.

C. elegans Punctin specifies cholinergic versus GABAergic identity of postsynaptic domains. Pinan-Lucarré B, Tu H, Pierron M, Cruceyra PI, Zhan H, Stigloher C, Richmond JE, Bessereau JL. Nature (2014) 511:466-70.

 

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Chercheur(s)

Franklin Florin

Doctorant en biologie cellulaire dans l'équipe Bessereau à l'institut NeuroMyoGène (INMG). Effectue des recherches sur l'homéostasie des cellules musculaires.

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Laboratoire

Institut NeuroMyoGène (INMG)

Centre de recherche fondamentale et translationnelle focalisé sur le système neuromusculaire. Son but est d’élucider des aspects fondamentaux de la biologie cellulaire du muscle et du système nerveux en condition normale ou pathologique depuis le développement embryonnaire jusqu’au vieillissement. Les équipes de l’INMG développent une recherche multidisciplinaire intégrée, allant des gènes aux fonctions physiologiques, dans des modèles cellulaires, invertébrés et vertébrés.

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